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Fachbereichsarbeit
Biowissenschaften

MNG Rämibühl Zürich

Berchtold 1994

Jasmin K. ©
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ID# 19122







Waldsterben in der Schweiz aufgrund von saurem Regen - Mythos oder Alltag?


Projektunterrichtsarbeit vom 16.12.2011 MNG Rämibühl

Betreut von: Rämistrasse 58

Dr. W. Eggel – Biologie 8001 Zürich

L. Marti- Chemie Schweiz


Inhaltsverzeichnis

1.Zusammenfassung. 3

2.Einleitung. 3

2.1Fragestellungen, Hypothesen und Zielsetzungen. 3

3.Theoretische Grundlagen. 4

3.1Was ist saurer Regen?. 4

3.2Entstehung. 4

3.3Auswirkungen von saurem Regen. 6

3.4Bekämpfung. 8

3.5Technische bzw. chemische Bekämpfung. 9

4.Material und Methoden. 9

4.1Methoden. 9

4.2Vorgehen. 10

4.3Material10

5.Resultate. 11

5.1pH-Messungen. 11

5.2Umfrage auf Facebook (Soziales Netzwerk)13

5.3Besuch des WSL. 14

6.Diskussion. 16

6.1Analyse der Hypothesen. 16

7.Schlusswort17

7.1Ausblick. 17

7.2Schlusswort17


1.  Zusammenfassung

Im Rahmen des Projekt-Unterrichts im MNG Rämibühl wählten wir aus dem übergeordneten Thema „Schadstoffe“ die Thematik des Waldsterbens in der Schweiz. Seit Jahren wurde es still um dieses Thema, obwohl die Hysterie in den 1980er Jahren nur Schlimmstes propagierte. War die ganze Geschichte zu einem Mythos geworden oder gehört Waldsterben zum Alltag? Aus Zeitgründen musste das Thema weitgehend eingegrenzt und differenziert werden, somit konzentrierten wir uns lediglich auf das Waldsterben auf Grund von Saurem Regen.

Ein Besuch im WSL-Institut sorgte für ausreichend Grundinformationen, welche wir für die pH-Messungen der Böden im Wald von Maur, Albisrieden und Rüschlikon anwenden konnten. Auf Grund unserer Hypothesen gingen wir von lokalen Unterschieden der Bodenproben aus. Dies wurde ebenfalls bestätigt, somit konnten wir feststellen, dass der Faktor Wind nicht signifikant für die Verbreitung der verschmutzten Luftmassen und somit der Bodenversauerung ist.

2.  Einleitung

Wir alle hatten schon von der Massenpanik in der Schweiz wegen Waldsterben gehört und wussten, dass dieses Phänomen chemische / atmosphärische Hintergründe hat. Damit wir die ganze Situation verstehen können und uns etwas vorstellen können, haben wir uns entschieden unsere Projektarbeit auf diesem Thema basierend zu verfassen. Ausserdem hat Herr Dr. W. Eggel uns von dem W.S.L (Wald, Schnee & Landschaft Institut) erzählt.


2.1               Fragestellungen, Hypothesen und Zielsetzungen

Durch die Eingrenzung unseres Themas betrachteten wir lediglich die Thematik des Waldsterbens auf Grund von saurem Regen. Dies führte dazu, dass wir uns hauptsächlich auf die Entstehung und Auswirkungen dessen konzentrierten. Unsere Fragestellungen lauteten deshalb wie folgt: Inwiefern existiert in der Schweiz saurer Regen heute? Welche Indikatoren lassen sich für den Ursprung dessen finden, bzw. welche sind ausschlaggebend? Wie sieht es in der Zukunft mit dem Waldsterben aus?


Konkret haben wir und folgende Ziele gesetzt:

- detaillierte Hintergründe erfassen - Chemischen Zusammenhang verstehen - mögliche Bekämpfungsmethoden erarbeiten - Zukunftsaussichten erwerben

Um die Vorgehensweise weitgehend zu determinieren, stellten wir zusätzlich noch konkrete Hypothesen, welche zu verifizieren, bzw. zu falsifizieren waren.

H1. Der Bodensäuregehalt hängt von der Distanz zur Agglomeration ab.

H2. Durch lokale Unterschiede lassen sich Maur als pH-neutralstes und Albisrieden als sauerstes Gebiet eingliedern.

H3. Waldsterben ist heutzutage kein Problem mehr in der Schweiz.


3.  Theoretische Grundlagen [1,2,6,7,8]

3.1               Was ist saurer Regen?

Als saurer Regen wird Niederschlag mit einem niedrigeren pH-Wert als reines Wasser bezeichnet (pH Wert unter 5.6[1]).


3.2               Entstehung

Grundsätzlich kann die Luftverschmutzung als Hauptursache für die Bildung von saurem Regen angesehen werden. Durch den Abgasausstoss bei der Verbrennung von schwefelhaltigen, fossilen Brennstoffen entstehen Schwefeloxide (SOx), Stickoxide (NOx) und Kohlendioxid (CO2).


Schwefeloxide reagieren mit Wasser und Sauerstoff zu Schwefelsäure. Man unterscheidet zwei Entstehungsarten:

1.      Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid, welches danach mit Wasser (beispielsweise Regentropfen in Gewitterwolke) zu Schwefelsäure(H2SO4)wird.
2 SO2 + O2 → 2 SO3
SO3 + H2O → H2SO4

2.      Die Entstehung erfolgt bei Kontakt mit Wasser (Wassertropfen in Wolken oder Nebel) und der anschliessenden Reaktion mit Sauerstoff.
SO2 + H2O → H2SO3

2 H2SO3 + O2 → 2 H2SO4


Stickoxide entstehen bei nahezu jeder Verbrennung, da sich die Abfallprodukte mit dem Stickstoff der Atmosphäre reagieren. Bei Kontakt mit Wasser entsteht Salpetersäure (HNO3)
2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3
N2O4 + H2O → HNO2 + HNO3

Kohlendioxid entsteht bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, sobald Kohlenmonoxid mit Sauerstoff reagiert. Der Kontakt mit Wasser führt wiederum zur Bildung einer Säure, in diesem Fall handelt es sich um Kohlensäure (H2CO3)

CO2 + H2O → H2CO3


3.3               Auswirkungen von saurem Regen

Saurer Regen hat sehr viele Auswirkungen auf die gesamte Umwelt. Deshalb unterscheiden wir zwischen direkten und indirekten Auswirkungen.

Am bekanntesten sind die Auswirkungen auf die Pflanzen:

Die Pflanzen werden vorwiegend durch die Versauerung des Bodens geschädigt. Saurer Regen gilt als einer der Hauptgründe für das Waldsterben in den 80er Jahren. Die geschädigten Wälder liegen meistens in Regionen mit häufigen Niederschlägen und relativ niedrigen Jahresdurchschnittstemperaturen. Dies trifft in der Schweiz insbesondere auf Wälder in höheren Lagen der Mittelgebirge und der Alpen zu.

So kam es, dass selbst Bodenfrost oder ein Schädlingsbefall jetzt erhebliche Schäden anrichten konnte. Der saure Regen hindert so nicht nur das Wachstum der Jungbäume sondern fügt selbst den ausgewachsenen Bäumen erheblichen Schaden zu. Zunächst wirkt sich der Befall auf die Blätter oder Nadeln der Bäume aus. Sie werden abgeworfen. Dies führt zu einer Kronenverlichtung. Außerdem kann Wipfeldürre entstehen und der Baum schließlich absterben.

Der saure Regen hat aber auch erschütternde Auswirkungen auf Gewässer:

Die Gewässer werden Hauptsächlich durch den Säureeintrag belastet, der vor allem über die Zuflüsse in die grösseren Gewässer gelangt. Durch den Bodenabfluss und als Folge des Säureeintrags reichern sich im Wasser Metall-Kationen, z.B. Al3+, an, die als Zellgifte wirken und zu einer Artenverarmung führen können.

Die umliegenden Gesteine können neutralisierend wirken(z.B. Kalkstein), doch wenn sich nur Gesteine wie zum Beispiel Granit, Gneis oder Sandstein in der Nähe des Gewässers befinden, können diese die Säure nicht neutralisieren. Die Geologie der Einzugsgebiete von Flüssen und Seen hat genau deshalb einen großen Einfluss auf das Ausmass der Versauerung.

Dabei gelten folgende Formeln: (durch Kohlendioxid wir Calciumkarbonat aufgelöst)

CO2 + H2O → H2CO3 und CaCO3 + H2CO3 → 2 HCO3− + Ca2+

Der saure Regen kann selbst Auswirkungen auf Gebäude haben:

Bei den Gebäuden kommt es natürlich sehr auf die verwendeten Ausgangsmaterialen an, denn der saure Regen greift insbesondere Sand- und Kalkstein an, aber auch Betonkonstruktionen können durch sauren Regen in Mittleidenschaft gezogen werden. Durch sauren Regen, schreitet die Verwitterung von Gebäuden wesentlich schneller voran und zahlreiche Gebäude und Kulturdenkmäler werden so stark beschädigt oder zerstört.

Auch Marmor wird durch sauren Regen aufgelöst, da er aus Calciumkarbonat besteht. Wenn saurer Regen also auf Marmor trifft, können vielfältige Schäden entstehen. (Bsp. angeraute Oberflächen, Abtragung von Material und Verlust von gemeißelten Feinstrukturen) Das Calciumcarbonat reagiert mit den gelösten Wasserstoff-Ionen im sauren Regen. Bei dieser Reaktion zerfällt es in Calcium-Ionen, Kohlendioxid und Wasser:

Danach reagieren die Sulfat-Ionen der Schwefelsäure mit den Calcium-Ionen und überziehen den Marmor oder Kalkstein mit einer Schicht von weißem Gips:

Ca2+ +SO42− + 2H2O → CaSO4 + 2H2O

Die Gipskruste wird mit der Zeit vom Regen abgetragen, doch es entstehen Risse und die Erosion nimmt zu.

Es ist also unsre Pflicht als Menschen unsere wichtigsten Kulturgüter vor saurem Regen zu schützen. Denn das Taj Mahal in Indien und die Akropolis in Athen hatten ebenso unter der Säureeinwirkung zu leiden wie das kanadische Parlamentsgebäude, das Kapitol in Washington oder der Kölner Dom und die Wiederherstellung von beschädigtem Kulturgut und Gebäuden ist sehr teuer.( Allein für die Westminster Abbey in London wurden bis zum Jahr 1990 bis zu 10 Mio.

Abbildung 2

3.4               Bekämpfung [5]

Schon vor über 40 Jahren wurde erkannt, dass die Luftverschmutzung global vereint angegangen werden muss, da viele Schadstoffe lange Luftdistanzen zurücklegen und somit sogar über die Landesgrenzen transportiert werden.

Es werden international, rechtlich tragende Abkommen abgeschlossen, wie z.B 1979 das Genfer Übereinkommen über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung oder das Kyoto-Protokoll 1997. Bei diesen Konferenzen wird für jede beteiligte Nation ein realistischer erreichbarer Zielwert ausgehandelt.

Während ein Grenzwert strikt eingehalten werden muss, das heißt nicht überschritten werden darf, gibt ein Zielwert einen meist zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erreichenden Höchstwert an. Zielwerte sind häufig nicht strikt verbindlich.[3]

Das Calciumcarbonat reagiert mit den gelösten Wasserstoff-Ionen im sauren Regen. Bei dieser Reaktion zerfällt es in Calcium-Ionen, Kohlendioxid und Wasser:

CaCO3 + 2H+ → CO2 +H2O + Ca2+

Dann reagieren die Sulfat-Ionen der Schwefelsäure zusammen mit den Calcium-Ionen und überdecken den Marmor oder das Kalkstein mit einer weißen Schicht von Gips:

Ca2+ +SO42− + 2H2O → CaSO4 + 2H2O

Der Regen trägt mit der Zeit einen Teil der Gipskruste ab. Dies führt zu kleinen Rissen und verstärkter Erosion.

Die Restaurierung wichtiger Gebäude ist unglaublich kostspielig, so wurden bis heute schon mehr als 10 Mio. Pfund zur Beseitigung von Schäden am West Minster Abbey ausgegeben.


4.  Material und Methoden

4.1               Methoden

Wir haben uns für die Erstellung eines Bodenprofils(pH-Messung) entschieden, da es zu jeder Jahreszeit gut durchführbar ist und relativ gute Resultate erzielt werden können. Zudem besuchten wir das Institut WSL (Wald Schnee und Landschaft) in Birmensdorf um einen Einblick in die Arbeit dieses Instituts zu erhalten und somit einige Grundinformationen für die Arbeit zu beschaffen.


4.2               Vorgehen

Als erstes gräbt man ein ca. 20 cm tiefes Loch an einer geeigneten Stelle.

Bedingungen: Die Erde muss feucht sein, Die Stelle darf sich nicht zu nahe an den Bäumen und nicht zu nahe an der Strasse befinden.

Danach wird der PH- Messstreifen an die noch feuchte Erde gerieben.

Jetzt muss man die Farbe des Streifens, mit der pH-Skala vergleichen und so dessen pH-Wert abschätzen.

Diese Methode haben wir jeweils an 3 verschiedenen Standorten wiederholt und nach einem bestimmten Zeitabstand(12h) noch eine Sicherheitsmessung durchgeführt


4.3               Material

Für die Erstellung des Bodenprofils benötigten Materialien:

-       Schaufel/ Hacke

-       pH-Messtreifen

Restliche Materialien:

-       Materialien aus dem WSL (Regenmesser, Infobroschüre, Baumansprache-Buch usw.)

-       Siehe Anhang

5.  Resultate

5.1               pH-Messungen

Abbildung 3


Abbildung 4


Messungsstandorte :


Region

Name des Waldgebietes

1.Messungsstandort

Albisrieden, Kreis 9

Altholz

2.Messungsstandort

Rüschlikon, Zimmerberg

Chopfholz

3.Messungsstandort

Maur, Pfannenstiel

Murholz

Autobahn


5.2               Umfrage auf Facebook (Soziales Netzwerk)

Um einen Überblick zu erhalten, wie die Bewohner der Schweiz zu diesem Thema stehen haben wir via Facebook (Soziales Netzwerk) eine Umfrage lanciert, an welcher 327 Leute ihre Stimme abgegeben haben. Die Frage lautete: „Hast du schon einmal vom Waldsterben in der Schweiz gehört?“ (vergleiche Abbildung…).


Abbildung 5


5.3               Besuch beim WSL

Zum Einstieg wurde uns ein Film über das WSL im Allgemeinen präsentiert. Im Anschluss trafen wir uns mit Herr Dobbertin, welcher mit uns direkt in den nahegelegenen Wald ging um vor Ort weitere Informationen zum Waldsterben zu erarbeiten. Damit wir einen Überblick über die existierenden Baumarten erlangten, erklärte er uns die Charakteristiken.

Anschliessend wies er auf spezifische Waldschäden vor Ort hin. Zum Beispiel zeigte er uns einige Baumkrankheiten an lokalen Pflanzen. Auf unsere Arbeit bezogen erarbeiteten wir gemeinsam mit ihm das Ansprechen von Bäumen mit Hilfe eines Buches und Fernglases. Ebenfalls betrachteten wir die dort abgestellten Messgeräte zur Analyse der Versauerung des Bodens. Dabei lernten wir, dass die Böden ortsspezifisch unterschiedlich sein können in Bezug auf ihren Mineraliengehalt.


Abbildung 6

Abbildung 7

6.  Diskussion

6.1               Analyse der Hypothesen

H1. Der Bodensäuregehalt hängt von der Distanz zur Agglomeration ab.

Tatsächlich konnten wir diese Hypothese verifizieren, da unsere Messergebnisse dies bestätigen. Der Faktor Wind scheint hier wenig ausschlaggebend zu sein. Verschmutzte Luftmassen breiten sich dementsprechend weniger stark als man erwarten könnte aus.

H2. Durch lokale Unterschiede lassen sich Maur als pH-neutralstes und Albisrieden als sauerstes Gebiet eingliedern.

Anlehnend an die erste Hypothese ergibt sich auch die Antwort auf diese Hypothese, da sich Maur am ländlichsten und somit am pH-Neutralsten und Albisrieden am urbansten und somit am Sauersten herausstellte.

Aufgrund unserer Informationen vom Besuch des WSLs konnten wir in Erfahrung bringen, dass sich das Waldsterben in den letzten Jahren stark zurückgebildet hat und somit weitaus weniger schlimm als propagiert herausstellte. Dies deckte sich ebenfalls mit unserer Umfrage im sozialen Netzwerk Facebook und somit auch mit dem allgemeinen Verständnis des Volkes, vor allem der Jugendlichen. (vergleiche Abbildung 5)


6.2               Umfrage

Die Facebook-Umfrage (vergleiche Abbildung 5) erwies sich als ein Erfolg, zumal sich 327 Leute beteiligten. Da unser Freundeskreis hauptsächlich aus Jugendlichen in unserem Alter besteht, müssen wir die Antworten relativieren. Generell geht jedoch aus der Umfrage hervor, dass rund zwei Drittel der befragten Personen schon einmal vom Waldsterben gehört haben.


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